3. Аsоsiy tеrmоdinаmik tushunchаlаr. Tеrmоdinаmikаning qоnunlаri

Reja:
1. Kimyoviy potentsial tushunchasi.
2. Kimyoviy reaktsiyalarning borish shartlari.
3.Аsоsiy tеrmоdinаmik tushunchаlаr.
4.Tеrmоdinаmikаning qоnunlаri.

Гидрометаллургик жараёнлар эритмалар иштирокида кечади.

Эритманинг ҳосил бўлиши системанинг эркин энергияси (Гиббс энергияси) камайиши билан кечади.
Масалан, В суюқликда А модданинг эриши, эритма тўйинмагунча давом этади, А модданинг эриши системанинг Гиббс энергиясининг камайиши билан ўз-ўзидан боради. Эриш жараёнида А модданинг эритма тўйинмагунча давом этади, А модданинг эриши системанинг Гиббс энергиясининг камайиши билан ўз-ўзидан (самоироизвольнь) боради. Эриш жараёни А моддани эритмага ўтишида Гиббс энергиясининг ўзгариши нольга тенглашганда тўхтайди (эритма А модда бўйича тўйинган бўлади).
Гиббс энергияси камайиши билан борадиган моддани эритмага ўтиш жараёнини, суюқликни А идишдан В идишга оқиб ўтиши билан таққосласа бўлади.
Суюқликни А идишдан В идишга ўтиш қобилияти, бир масса бирлигига тенг бўлган суюқлик миқдори битта идишдан иккинчи идишга ўтишда, бажариладиган иш кўрсатгичи (волигина) си катталиги билан тавфсифланади, яъни А ва В идишдаги суюқликнинг солиштирма потенциал энергияси фарқи билан.
Идишдаги суюқликнинг солиштирма потенциал энергияси, идишга суюқлик кўрсатгичи (уровень) доимий бўлганда, суюқликнинг бир масса бирлиги миқдори ўзгаришидаги потенциал энергияси ўзгаришига тенг.

Тенгламада; – солиштирма потенциал энергия – суюқликнинг потенциал энергия; - суюқликнинг массаси; - суюқлик кўрсатгичининг баландлиги
- га тенг бўлганлиги учун, суюқликнинг солиштирма потенциал энергияси, суюқликнинг баландлик кўрсатгичиси билан аниқланади.
Суюқликнинг баландлик кўрсатгичиси (солиштирма потенциал энергияси) қуйидаги иккита бир-бири билан қўшиладиган кўрсатгичлар билан аниқланади.
– бу кўрсатгичлар идишдаги сув миқдорига эмас, идиш тубининг жойлашишига боғлиқ.
– идишдаги сув миқдорига (m), идишнинг кесимига (S), унинг шаклига ва ҳажмига боғлиқ.
Кимёвий термодинамикада солиштирма потенциал энергиянинг аналоги бу кимёвий потенциалдир.
Маълум бир фазада модданинг кимёвий потенциали , фазадаги модданинг миқдори 1 мольга ошганда ва фазадаги ҳарорат, босим ва бошқа моддаларнинг концентрацияси ўзгармаган ҳолдаги, фазанинг Гиббс энергияси ошишига тенг.

“К” компонентли система учун Гиббос энергиясининг ўзгариши

Тенгламани интегралидан сўнг тенглама қуйидаги кўринишга эга бўлади
Шундай қилиб, Гиббос энергияси ҳар бир компонентларнинг кимёвий потенциалини модданинг моль миқдори кўпайтирмаларининг йиғиндисига тенг.
Модда кимёвий потенциалининг кўрсатгичиси, модданинг ва фазанинг табиати билан аниқланади, шунингдек кимёвий потенциал кўрсатгичисига ҳарорат, босим, модданинг концентрацияси, ва бошқа моддаларнинг концентрацияси ҳам таъсир этади, чунки фаза таркибига кирувчи моддалар ўзаро таъсирлашишади. Кимёвий потенциални, солиштирма потенциал энергия каби қуйидаги йиғинди кўринишида ёзиш мумкин:
Тенгламадаги қисми фаза ва компонентнинг ҳоссалари билан аниқланади, ва фазанинг таркибига боғлиқ эмас.
Битта модданинг ҳар-ҳар фазалардаги кимёвий потенциал кўрсатгичларини таққослаш, моддани бир фазада иккинчи фазага ўтиш қобилияти тўғрисида ҳулоса қилиш мумкин. Масалан, агар кристаллик кўринишидаги модданинг кимёвий потенциали, бу модданинг эритмадаги (эриган ҳолатдаги) кимёвий потенциалидан кўп бўлса бу модда эритмага ўтади (эрийди). Эриш жараёни, эриган модданинг кимёвий потенциали, бу модданинг кристаллик ҳолатдаги кимёвий потенциали билан тенглашганда тўхтайди.
Кимёвий термодинамикада қуйидаги тушунча ва атамалар қўлланади. “Система” – ташқи муҳитдан ажралган деб фараз қилинган жисм ёки жисмлар гуруҳи. Системани ташкил қилувчи моддалар бир-бирига таъсир этиб туради. Агар система билан ташқи муҳит орасида модда ва энергия алмашинуви бўлмаса, бундай система ўралган (изоляцияланган) система дейилади.
Термодинамиканинг қонунлари
1. Энергия йўқдан бор бўлмайди ва йўқолиб ҳам кетмайди. У бир турдан иккинчи хил турга ўтади холос. Масалан: бирор жисмга берилган иссиқлик ∆q жисм ички энергиясининг (ҳароратининг) ∆U ортишига ва ташқи иш (∆А) бажарилишига сарф бўлади, яъни:
∆q = ∆U + ∆А
2. Ўралган ҳар қандай система ўзича мувозанат ҳолатга ўтиш учун интилади.
3. Ҳарорат мутлоқ нолгача пасайтирилганда кимёвий жиҳатдан бир жинсли ҳар қандай модданинг энтропияси нолга яқинлашади. Бошқача қилиб айтганда, мутлоқ нолга яқин ҳароратда кимёвий реакциянинг иссиқлик самараси амалда кимёвий жараённинг энг юқори ишига тенг бўлади.
Q = А
“Энтропия”- жисм ва модда, молекула ва атомларнинг тартибсизлик даражасининг ўлчовидир. У S билан белгиланади. Мутлоқ ноль ҳароратда (-273°С) моддаларнинг энтропияси нольга тенг.
Умуман, энтропия жисмда қанча фойдасиз энергия борлигини кўрсатадиган катталик бўлиб, жисмнинг ҳолатига боғлик функциядир. Жисмнинг ҳолати ўзгарганда унинг энтропияси ҳам ўзгаради.
“Ички энергия” - U ҳарфи билан белгиланади. Системанинг ички энергияси унинг умумий энергияси билан ўлчаниб, системанинг фақат кинетик энергияси ҳисобга олинмайди. Демак, системанинг ички энергияси ундаги молекулаларнинг ўзаро тортилиш ва итарилиш энергияси, илгариланма ва айланма ҳаракат энергияси, молекула ичида, атом ва атомлар гуруҳининг тебраниш энергияси, атом ядросида бўлган энергия ва ҳоказо энергиялар йиғиндисига тенг.
Жисимдаги ички энергиянинг мутлоқ қиймтини ўлчаб бўлмайди. Ички энергиянинг камайиши ёки кўпайишинигина аниқлаш мумкин.
∆U = U2 – U1
бу ерда ∆U – ички энергиянинг ўзгариш миқдори, унинг қиймати системанинг дастлабки (U1) ва охирги (U2) ҳолатига боғлиқ.
“Эркин энергия”. Ички энергиянинг фақат маълум қисми ишга айланиши мумкин. Жисм энергиясининг ишга айланиши мумкин бўлган қисми унинг эркин энергияси, ишга айлана олмайдиган қисми эса боғланган энергияси деб аталади
U = F + Q/
бу ерда, U – жисмнинг ички энергияси; F – эркин энергия; Q/ – боғланган энергия.
Эркин энергия жисмда потенциал энергия ҳолида бўлади. Жисм иш бажарганда унинг эркин энергияси камаяди. Масалан, дастлаб жисмнинг эркин энергияси F1, жисм маълум иш бажаргандан кейин унинг эркин энергияси F2 бўлсин, у ҳолда ўзгармас ҳажмда бўладиган қайтар изотермик жараён натижасида бажарилган энг кўп иш F1 ва F2 орасидаги айирмага тенг бўлади:
Av = F1 - F2 = -∆F
Ўзгармас босимда содир бўладиган қайтар изобарик жараён вақтида бажарилган ишнинг қиймати дастлабки ва охирги изобарик потенциаллар G1 ва G2 орасидаги айримга тенг.
Aр = G1 - G2 = -∆G
Системадаги эркин энергиянинг камайиши изометрик қайтар жараёнда бажарилиши мумкин бўлган энг кўп ишнинг ўлчовидир. Бу иш эса, ўз навбатида, моддаларнинг кимёвий реакцияга киришиш қобилияти (кимёвий мойиллиги) ўлчовидир.
“Богланган энергия” – Q = Т∆S тенглама билан ифодаланади. Бу ерда ∆S – жараён вақтида энтропиянинг ўзгариши.
Системанинг бир ҳолатдан иккинчи ҳолатга ўтиши жараёнида ўзгариши мумкин бўлган ички энергия миқдори билан ўзгарган эркин ва боғланган энергиянинг ўзаро муносабатини қуйидаги тенгламалар орқали ифодалаш мумкин.
Ўзгармас ҳажмда борадиган жараёнлар учун
∆F = ∆U- T∆S
ўзгармас босимда борадиган жараёнлар учун
∆G = ∆H- T∆S
Жараён давомида система эркин энергиясининг ўзгариш қиймати ∆G Гиббс энергияси деб аталади; ∆H – энтальпия ўзгариши. Энтальпия – сон жиҳатдан ўзгармас босимда олиб борилаётган жараённинг тескари ишора билан олинган иссиқлик самарасига тенг.
Термодинамиканинг иккинчи қонунига кўра, ўз ихтиёрига ташлаб қўйилган, ўралган системада эркин энергияси камаядиган жараёнларгина содир бўлиши мумкин.
“Кимёвий потенциал” – эритмаларда содир бўлаётган термодинамик ўзгаришларни изоҳлаш учун кимёвий потенциал деган тушунча қўлланилади ва у Е ҳарфи билан белгиланади.
Е =∆G /n
Эритманинг Гиббс энергиясининг қиймати эритмадаги моддалар кимёвий потенциалларининг шу моддалар моллари сонига кўпайтмасининг йиғиндисига тенг (G = ∑Eini).
Модда кимёвий потенциалининг қиймати, шу модданинг қайси фазада турганлигига, ҳолатига, табиатига, ҳароратга, босимга ва концентрациясига, ҳамда системадаги бошқа моддалар концентрацияларига боғлик бўлади.